大型動臂塔機在風電安裝行業的應用

王浩杰，秦德生

（1.華電鄭州機械設計研究院有限公司，河南 鄭州 450015；2.鄭州宇通重工有限公司，河南 鄭州 451482）

大型動臂塔機在風電安裝行業的應用

王浩杰1，秦德生2

（1.華電鄭州機械設計研究院有限公司，河南 鄭州 450015；2.鄭州宇通重工有限公司，河南 鄭州 451482）

針對現有移動式起重機難以吊裝150m以上高度的風電機組這一問題，利用塔機起升高度大這一優點，本文采用一種新的施工方法,利用塔機對150m以上高度的機組進行吊裝，并對如何提高風電機組的安裝效率提出了建議，以供參考。

風電安裝；大型動臂塔機；施工方法

近30年來，世界在風能的利用方面，無論是理論研究還是應用研究都取得了重大進步。風力發電技術日臻完善，風力發電機單機額定功率已達到5MW，葉輪直徑達到126m。風力發電機逐步向大型化、專業化方向發展，其輪轂高度也隨之增高。如果風機輪轂中心高度達到150m，甚至更高，安裝時移動式起重機的鉸點會太高，不易實現，超出了移動式起重機的作業范圍，必須為此找到解決辦法，這正是大型動臂塔式起重機轉向新能源陸上風電安裝行業的一次機會，這樣可以有效解決上述問題。

1 大型動臂塔機性能

大型動臂塔機已有十幾年的使用時間，3200tm動臂塔機的出現，代表了國內動臂塔機的技術水平，其主鉤起重能力已達100～140t，整機附著高度已達150m，最大起升高度已達200～220m，完全可以滿足大型風機安裝的需求。

目前市場已經投入使用的一種3200tm動臂塔機的上部外形尺寸如圖1所示，主要性能參數如下。

第一層附著高度（m） 52

附著間距（m） 44

附著狀態最大自由高度（m） 56

最大自立高度（m） 60

外爬式塔機載荷曲線如圖2所示。

圖1 3200tm塔式起重機上部外形尺寸

圖2 3200tm塔式起重機載荷曲線

2 使用注意事項

利用動臂塔機安裝大型風機注意事項如下。

1）風電主機廠家在設計風機基礎時必須考慮安裝動臂塔機的基礎情況，將塔機的附著力考慮進去。

2）塔筒設計時需要考慮塔機附著部分的受力情況，與塔機接口部分進行核實對接后，方可使用該方案進行風機的安裝。

3）塔機與塔筒附著方式是一個新問題，具體解決辦法如下：在現有的附著裝置前端增加卡爪裝置，用于抱緊風機塔筒。塔機自立狀態時，如圖3所示，卡爪裝置完全開啟；塔機附著狀態時，如圖4所示，卡爪裝置完全閉合?？ㄗρb置完全由4個爪子組成，每個爪子有4個關節，通垃控制每個關節油缸的伸縮以實現爪子抱緊塔筒提供塔機附著的支持力。

圖3 卡爪裝置開口狀態

圖4 卡爪裝置閉合狀態

3 安裝施工方法

下面主要針對大型動臂塔機安裝雙饋風力發電機組施工方法的闡述。

1）風機地基處理 地基位于塔筒底部，地基需要有足夠的承載力以及防止顛覆、失穩方面的能力。同時預埋塔機的預埋節，方便組裝塔機，另外地基沉降需控制在一定范圍內，以保證風機運行的安全。

2）塔機自立高度的安裝 塔機的基礎節、附著裝置、套架、塔身結構、回轉、臂架等上部結構，使其處于基礎自立狀態，然后塔機自吊標準節安裝處于最大自立狀態。

3）風機塔筒基礎節和塔筒安裝 如圖5、圖6所示，利用塔機安裝風機塔筒基礎節以及風機塔筒。

4）塔機由自立狀態轉為附著狀態 隨著塔筒安裝的逐步升高，足以滿足塔機附著時，塔機增加標準節安裝并開始附著風機塔筒，直至塔筒安裝完畢。

5）機艙和傳動鏈部分空中組裝 如圖7、圖8所示，機艙采用分體吊裝方案，利用塔機依次安裝機艙及底座、傳動鏈部分。對于附著塔機，相同塔身高度的動臂塔機要比平臂塔機起升高度高30～40m，多出的高度對于機艙內部傳動鏈部分跨過機艙吊裝是有利的。

圖5 塔筒基礎節安裝

圖6 塔筒安裝

圖7 機艙安裝

圖8 傳動鏈部分安裝

6)輪轂部分安裝 如圖9所示，由于輪轂部分重量比較大，如果在地面將風葉與輪轂組裝為整體質量會更大，風葉迎風面積比較大，將風葉與輪轂分開安裝有利于減輕塔機的起吊重量，降低整個工程的施工風險，況且目前單個風葉空中安裝的技術比較成熟。

圖9 輪轂部分安裝

圖10 第一片風葉安裝

圖12 最后一片風葉安裝

圖13 風葉安裝完畢

7）葉片與輪轂空中組裝 如圖10～圖13所示，調整輪轂使安裝法蘭處于方便水平安裝狀態，利用風葉專用吊具起吊單個風葉，水平安裝風葉，按照同樣的方法將其余的兩個風葉陸續水平安裝，風葉安裝完畢后整機主要部件吊裝完畢。

8）塔機吊裝任務完成后，反次序拆除，轉場或運出。

從以上整個安裝工藝流程來看，安裝一臺風機的效率比較低，有諸多的不足之處，總結如下：①風機基礎施工需要考慮塔機基礎安裝；②塔機在風場內機組之間的拆裝比較麻煩；③施工周期較長；④如圖14所示，一般情況下還需要搭建一些臨時設施供安裝人員使用。

圖14 安裝場地布置情況

4 安裝效率提高的方法

為了提高風機的安裝效率，主要從塔機轉場安裝環節縮短時間。

1）多做一節基礎節、一臺套附著裝置和幾節塔身標準節。

2）在上一臺風機安裝完畢后，從開始拆除塔機至基礎自立狀態的過程之前，將多做的基礎節、標準節、附著裝置依次安裝在下一臺風機基礎上，安裝好該基礎平臺。

3）上部結構可分為兩三個部分，拆除直接裝車運輸至下一臺風機，不用卸車直接安裝于安裝好的塔機基礎平臺之上，使其大大縮短了整個塔機轉場時間。

4）隨著施工經驗的增多，這種利用大型動臂塔機進行施工作業工藝流程更加成熟，這樣也能提高作業效率。

5 結 語

在今后的幾十年內，國際上風力發電產業將是增長速度最快的產業，風力發電技術已經進入快速發展的黃金時期。在中國，風力發電機組單個主機容量增長速度將明顯加快，國家已經明確提出，要大力發展5MW及5MW以上的風電機組。因此，風機主機逐步走向“輪轂中心增高、葉輪直徑加大、單機額定功率遞上”的發展特點，這樣安裝時就會超出現有大型移動式起重機的起重能力，隨著施工經驗的增多，利用這種動臂塔機進行安裝施工的方法在風電吊裝行業就會變得更具競爭力。

[1]陳道南.起重運輸機械[M].北京:冶金工業出版社，1988.

[2]楊文淵.實用起重吊裝手冊[M].上海：上海科技出版社，1996.

[3]樊兆馥.重型設備吊裝手冊（第2版）[M].北京冶金工業出版社，2006.

[4]桅桿式起重機，GB/T26558-2011[S].

(編輯 張海霞）

Application of large boom tower crane in wind electron installation industry

WANG Hao-jie, QIN De-sheng

TH213.3

B

1001-1366(2015)09-0051-03

2015-06－09